METODY OCENY MIKROKRĄŻENIA

(1)

K l i n i c z n a i n t e r p r e t a c j a w y n i K ó w b a d a ń

Choroby Serca i Naczyń 2012, tom 9, nr 2, 106–109

www.chsin.viamedica.pl

106

Redaktor działu: prof. dr hab. n. med. Edward Franek

Adres do korespondencji:

lek. Marcin Hellmann Zakład Fizjologii Klinicznej

Katedra Nadciśnienia Tętniczego i Diabetologii GUMed Dębinki 7, 80–211 Gdańsk

tel.: 58 349 23 40, faks: 58 349 23 41 e-mail: marcin.hellmann@gmail.com

WPROWADZENIE

Choroby układu sercowo-naczyniowego są głów- ną przyczyną zgonów w krajach uprzemysłowionych.

Wspólną cechą wszystkich tych schorzeń są zmiany strukturalne bądź czynnościowe zachodzące w naczyniach, które powodują zaburzenia przepływu krwi [1]. Dysfunk- cja śródbłonka jest kluczowym zjawiskiem w patogenezie chorób układu sercowo-naczyniowego i wyprzedza zmiany strukturalne w naczyniach, jak również wystąpienie objawów klinicznych [2, 3].

Śródbłonek wpływa na napięcie ściany naczyń po- przez wydzielanie tlenku azotu (NO, nitric oxide), prosta- cyklin, endoteliny 1 (ET-1, endothelin-1) oraz śródbłonko- wego czynnika hiperpolaryzującego (EDHF, endothelium- -derived hyperpolarizing factor). Ponadto nieuszkodzony śródbłonek hamuje agregację płytek krwi, kontroluje przepuszczalność naczyń, wpływa na migrację leuko- cytów oraz odpowiada za proliferację komórek mięśni gładkich. Niemniej jednak pojęcie funkcji śródbłonka naj- częściej odnosi się do zdolności uwalniania substancji wa- zodylatacyjnych (NO, prostacykliny), które bezpośrednio rozkurczają mięśniówkę gładką ściany naczyniowej [3].

Dysfunkcja śródbłonka występuje w przebiegu wielu chorób, między innymi nadciśnienia tętniczego, choroby wieńcowej, cukrzycy czy niewydolności serca [3–6].

Coraz więcej dowodów wskazuje na to, że miejscowe zaburzenie funkcji mikrokrążenia może odzwierciedlać uogólnioną dysfunkcję układu krążenia, jak również wy- przedzać zmiany zachodzące w dużych naczyniach [2, 6].

Istnieje kilka nieinwazyjnych i stosowanych ruty- nowo technik oceny funkcji śródbłonka, wśród których należy wymienić wazodylatację tętnicy ramiennej po niedokrwieniu (FMD, flow-mediated vasodilation), badanie podatności naczyń tętniczych (PWV, pulse wave velocity)

— laserowy skaner doplerowski

Assessment methods of microcirculation: laser Doppler imaging

Marcin Hellmann, Jolanta Neubauer-Geryk, Leszek Bieniaszewski

Zakład Fizjologii Klinicznej Katedry Nadciśnienia Tętniczego i Diabetologii Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego

STRESZCZENIE

Uogólniona dysfunkcja mikrokrążenia występuje w prze- biegu wielu chorób, między innymi: cukrzycy, nadciśnie- nia tętniczego, niewydolności nerek czy choroby wień- cowej. Ilościowa ocena reaktywności mikrokrążenia jest szczególnie trudna ze względu na niewielkie wymiary naczyń, ich niejednorodną morfologię oraz zróżnicowa- ny przepływ krwi. W ostatnich latach do nieinwazyjnych badań reaktywności mikrokrążenia obwodowego wpro- wadzono laserowy skaner doplerowski.

Choroby Serca i Naczyń 2012, 9 (2), 106–109 Słowa kluczowe: mikrokrążenie, laserowy skaner doplerowski, śródbłonek

ABSTRACT

In natural history of many diseases including diabetes, hypertension, renal insufficiency or coronary artery disease, generalized microcirculatory dysfunction is present. The quantitative assessment of microcircula- tion reactivity is difficult because of extremely small vessels size, differences in its morphology and blood flow distribution. In recent years the laser Doppler im- aging was introduced to peripheral microcirculation studies as a new non-invasive technique.

Choroby Serca i Naczyń 2012, 9 (2), 106–109 Key words: microcirculation, laser Doppler imaging, endothelium

(2)

107

Marcin Hellmann i wsp., Laserowy skaner doplerowski

czy ocenę kompleksu błona środkowa–wewnętrzna (IMT, intima-media thickness). Wszystkie te metody cechuje uzna- na wartość kliniczna w monitorowaniu progresji choroby i ocenie efektów leczenia, niemniej jednak służą one badaniu dużych i średnich naczyń, nie dając wglądu w mechanizmy patologiczne zachodzące w mikrokrążeniu [4, 5].

Mikrokrążenie to część układu sercowo-naczyniowego, której badanie jest szczególnie trudne ze względu na mikroskopijne wymiary naczyń (< 200 μm), niejed- norodną morfologię oraz zróżnicowany przepływ krwi w zależności od miejsca badania [7]. Najwięcej informacji na temat budowy i fizjologii mikrokrążenia dostarczyły badania naczyń in vitro. Izolowane naczynia można pod- dawać rozciąganiu na miografie oraz badać wpływ bodź- ców zewnętrznych, takich jak substancje wazoaktywne.

Takie podejście, mimo że inwazyjne, pozwala na ocenę reaktywności naczyń bez uwzględnienia wpływu układu nerwowego, krążących we krwi hormonów i metabolitów oraz naturalnych bodźców mechanicznych. Najlepszym przykładem tego typu badań są doświadczenia, których wyniki opublikowali w 1980 w Nature Furchgott i Za- wadzki [8, 9]. Wyjaśniły one funkcję regulacyjną śród- błonka naczyniowego. Niemniej jednak wyniki tego typu badań, mimo swoich niewątpliwych zalet, są trudne do zastosowania w warunkach klinicznych [9].

W czasie ostatnich 20 lat udoskonalono wiele metod pozwalających badać mikrokrążenie in vivo. Większość z nich, jak na przykład metoda izotopowa czy pletyzmo- grafia, jest wykorzystywana głównie w celach naukowych [7]. Metodami badania mikrokrążenia o uznanej wartości klinicznej są termografia, kapilaroskopia i wideokapilaro- skopia [10]. Wymienione techniki badania mikrokrążenia zwykle stosuje się w warunkach podstawowych, a wyniki uzyskanych pomiarów są oparte na ocenie jakościowej.

Użyteczność tych technik w badaniu mechanizmów regu- lacyjnych mikrokrążenia istotnie się zwiększa po zastosowaniu testów fizjologicznych lub farmakologicznych [9].

LASEROWY SKANER DOPLEROWSKI

Mikrokrążenie u człowieka można również oceniać w sposób nieinwazyjny techniką laserowo-doplerow- ską. Metoda ta umożliwia miejscową ocenę ukrwienia i zmian przepływu krwi w odpowiedzi na leki podane ogólnoustrojowo oraz testy prowokacyjne, wśród któ- rych najczęściej stosowane są: test pookluzyjnej reakcji przekrwiennej (PORH, post-occlusive reactive hyperemia), test przekrwienia termicznego (LTH, local thermal hypere-

mia), mikrodializa i jonoforeza substancji wazoaktywnych (głównie acetylocholina i nitroprusydek sodu) [2, 3].

Pierwsze informacje o zastosowaniu techniki laserowo-doplerowskiej w badaniach mikrokrążenia zaprezen- towano w 1975 roku, w pracy opublikowanej w Nature przez Sterna [11]. Za początek rozwoju tej metody uważa się konstrukcję laserowego przepływomierza doplerow- skiego (LDF, laser Doppler flowmetry), który pozwala na ocenę przepływu krwi w bardzo małej objętości tkanki (1 mm³). Pomiar odbywa się za pomocą umieszczonej nad badanym obszarem sondy, która emituje światło lasera i rejestruje ukrwienie. Ogromną zaletą metody LDF jest fakt, że pomiar jest dokonywany w czasie rzeczywistym, co w połączeniu z testami stymulacyjnymi pozwala ocenić reaktywność mikrokrążenia. Aparat znalazł zastosowa- nie w badaniach naukowych i w praktyce klinicznej. Jed- nak niewątpliwą wadą klasycznej punktowej rejestracji ukrwienia metodą laserowego przepływomierza doplerowskiego okazała się zmienność przestrzenna mikrokrą- żenia [3, 7]. Rozwiązaniem technicznym, które pozwoliło zmniejszyć wpływ tego ograniczenia na powtarzalność pomiaru, jest obrazowanie ukrwienia w znacznie więk- szym obszarze za pomocą laserowego skanera doplerow- skiego (LDI, laser Doppler imaging) (ryc. 1). Jest on często wykorzystywany w badaniach naukowych, w których ocenia się wpływ leków na mikrokrążenie, ponieważ pozwala na tworzenie dwuwymiarowych map perfuzji badanego obszaru (ryc. 2) [2].

W metodzie laserowo-doplerowskiej wykorzystuje się monochromatyczne światło lasera o wąskim paśmie

Rycina 1. Laserowy skaner doplerowski

(3)

108

Choroby Serca i Naczyń 2012, tom 9, nr 2

od czerwieni do pobliża podczerwieni. Aparat emituje w głąb tkanki wiązkę promieniowania, która rozchodzi się w jej obrębie. Fotony napotykają na swej drodze po-

ruszające się krwinki, zmieniając częstotliwość swych drgań zgodnie ze zjawiskiem Dopplera. Powracające światło jest następnie analizowane przy użyciu systemu fotodetekcji, a aparat generuje napięcie, które jest wprost proporcjonalne do prędkości i liczby przemieszczających się w obszarze badania krwinek [3, 7].

Głównym ograniczeniem techniki laserowo-doplerowskiej jest fakt, że nie jest możliwy pomiar bezwzględ- nych wartości perfuzji (w ml/min). Aparat rejestruje ukrwienie w badanym obszarze tkanki w arbitralnych jednostkach perfuzji (PU, perfusion unit) lub w miliwol- tach (1 PU = 10 mV). Większość autorów przedstawia wyniki jako przewodnictwo (CVC, cutaneous vascular con- ductance), dzieląc przepływ krwi przez średnie ciśnienie tętnicze (mV/mm Hg) (ryc. 3). Takie podejście wydaje się bardziej uzasadnione, ponieważ uwzględnia ewentualne różnice i zmiany ciśnienia tętniczego [2, 3].

Najczęściej wykorzystywanym modelem badawczym w technice laserowo-doplerowskiej jest mikrokrążenie skórne. W piśmiennictwie trwa dyskusja, czy mechanizmy i zaburzenia obserwowane w tym modelu mogą stanowić podstawę do wnioskowania o ogólnym stanie mikrokrążenia w organizmie [5]. Coraz więcej dowodów wskazuje na to, że mikrokrążenie skórne może służyć jako reprezentatywny model badawczy do globalnej oceny funkcji mikrokrążenia. Z badań opublikowanych przez Ijzermana i wsp. w 2003 roku [13] wynika, że u pacjentów

Rycina 2. Mapy perfuzji uzyskane za pomocą laserowego skanera doplerowskiego

Rycina 3. Wpływ sildenafilu podanego per os na mikrokrążenie obwodowe badane w obszarze skóry przedramienia u zdrowych osób. Obserwuje się zależne od dawki zmiany perfuzji w mikrokrążeniu po podaniu substancji

wazodylatacyjnej (źródło [12])

(4)

109

Marcin Hellmann i wsp., Laserowy skaner doplerowski

obarczonych podwyższonym ryzykiem choroby wieńco- wej występują zaburzenia mikrokrążenia skórnego (zaburzenia wazodylatacji zależnej od śródbłonka). Mikro- krążenie skórne było wielokrotnie wykorzystywane jako model służący do oceny mechanizmów naczyniowych w wielu stanach chorobowych, takich jak: nadciśnienie tętnicze, cukrzyca, niewydolność nerek, niewydolność serca czy twardzina układowa [5]. Ponadto badanie mi- krokrążenia skórnego in vivo pozwala ocenić funkcję naczyń w naturalnym środowisku, w którym występują złożone współzależności między układem nerwowym, śródbłonkiem i mięśniami gładkimi naczyń. Wszystkie te mechanizmy kontrolują napięcie naczyń i tym samym odpowiadają za regulację przepływu krwi [9].

Ze względu na możliwość badania większego obszaru tkanki, jak również bezkontaktowość pomiarów i ich większą powtarzalność, laserowe skanery doplerowskie zaczynają wypierać klasyczne przepływomierze laserowo-doplerowskie. Techniki laserowo-doplerowskie są dobrym narzędziem diagnostycznym w schorzeniach dermatologicznych, w których występują istotne zaburzenia mikrokrążenia. Dotyczy to zarówno oparzeń, stanów zapalnych, jak i zmian nowotworowych. W tych wskazaniach szczególnie cenny jest walor bezkontak- towości badania [2, 7]. Oprócz typowego zastosowania metody laserowo-doplerowkiej do badań przepływu w skórze, bezkontaktowe laserowe skanery doplerowskie zaczynają być wykorzystywane w badaniach śródopera- cyjnych [7]. Ponadto, dzięki poszerzeniu LDI o jonoforezę różnych substancji farmakologicznych, można bardziej

selektywnie oceniać reaktywność mikrokrążenia. Badania takie, poza możliwością poznania nowych mechanizmów regulacji fizjologicznych, pozwalają wyciągać wnioski o dużej użyteczności klinicznej.

PIŚMIENNICTWO

1. Neubauer-Geryk J., Bieniaszewski L. Metody oceny funkcji naczyń — ple- tyzmografia. Choroby Serca i Naczyń 2009; 6: 184–187.

2. Turner J., Belch J.J., Khan F. Current concepts in assessment of microvascular endothelial function using laser Doppler imaging and iontophoresis.

Trends Cardiovasc. Med. 2008; 18: 109–116.

3. Cracowski J.L., Minson C.T., Salvat-Melis M., Halliwill JR. Methodologi- cal issues in the assessment of skin microvascular endothelial function in humans. Trends Pharmacol. Sci. 2006; 27: 503–508.

4. Neubauer-Geryk J., Bieniaszewski L. Metody oceny funkcji śródbłonka — wazodylatacja tętnicy ramiennej po niedokrwieniu. Choroby Serca i Naczyń 2007; 4: 190–196.

5. Holowatz L.A., Thompson-Torgerson C.S., Kenney W.L. The human cutaneous circulation as a model of generalized microvascular function. J. Appl.

Physiol. 2008; 105: 370–372.

6. Minson C.T. Thermal provocation to evaluate microvascular reactivity in human skin. J. Appl. Physiol. 2010; 109: 1239–1246.

7. Maniewski R., Liebert A. Metoda laserowo-dopplerowska w badaniach mikrokrążenia krwi. Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa 2003.

8. Furchgott R.F., Zawadzki J.V. The obligatory role of endothelial cells in the relaxation of arterial smooth muscle by acetylcholine. Nature 1980;

228: 373–376.

9. Tesselaar E., Sjöberg F. Transdermal iontophoresis as an in-vivo technique for studying microvascular physiology. Microvasc. Res. 2011; 81: 88–96.

10. Szczeklik A. Choroby wewnętrzne. Medycyna Praktyczna, Kraków 2011.

11. Stern M.D. In vivo evaluation of microcirculation by coherent light scattering.

Nature 1975; 254: 56–58.

12. Blaise S., Hellmann M., Roustit M., Isnard S., Cracowski J.L. Oral sildenafil increases sodium nitroprusside iontophoresis induced skin hyperaemia in healthy volunteers. Br. J. Pharmacol. 2010; 160: 1128–1134.

13. Ijzerman R.G., de Jongh R.T., Beijk M.A. i wsp. Individuals at increased coronary heart disease risk are characterized by an impaired microvascular function in skin. Eur. J. Clin. Invest. 2003; 33: 536–542.